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超级电容器开发迈出重要的一步:植物型超级电容器

2020-09-11 09:21
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对于储能装置来说,通常有两种形式:电池或超级电容器。尽管这两种类型的设备都可以在需要时提供电流,但它们仍有一些重要的区别。

从电池和超级电容器的原理来看,电池电极采用化学储能机制,而超级电容器电极则采用双电层储能机制。

电池可以在每单位体积内存储大量电荷,但超级电容器在短时间内产生大量电流的效率要却高得多,这种电力爆发将有助于超级电容器快速充电。这也为电动汽车的储能提供了可能,并且对司机和环境有益。

当前对于超级电容器的研究已经有了一些有趣的进展,包括用可持续材料制造设备,循环利用的塑料瓶、大麻甚至废弃的烟头。近日,德克萨斯农工大学的科学家们展示了一种具有出色储能潜力的植物型超级电容器,在超级电容器的开发上再次迈出重要的一步。该研究发表在《储能》杂志上。

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在研究中,研究人员将二氧化锰和木质素结合起来,利用它们的两个有用特性来制造超级化合物。其中,与其他过渡金属氧化物(如钌或氧化锌)相比,二氧化锰更便宜,可获得性丰富,而且更安全,但二氧化锰的一个主要缺点是它的导电性较低。此外,木质素是一种天然聚合物,能够赋予植物和树木以刚性,在造纸行业作为废品被大量生产。

为了制造它们的电极,研究团队用一种常用的称为高锰酸钾的消毒剂处理纯化的木质素。然后,他们施加高温和高压以引发氧化反应,导致高锰酸钾分解并在木质素上沉积二氧化锰。

接下来,研究人员将木质素和二氧化锰混合物涂覆在铝板上以形成绿色电极。最后,通过将木质素-二氧化锰铝电极和另一个由铝和活性炭制成的电极夹在凝胶电解质之间来组装超级电容器。

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在测试新设计的绿色电极后,研究人员发现他们的超级电容器具有非常稳定的电化学性能。特别是,即使经过数千次充电和放电循环,比电容或器件存储电荷的能力也几乎没有变化。此外,对于最佳的木质素-二氧化锰比率,观察到比电容比其他超级电容器报道的高达900倍。

在这项研究中,通过使用低成本,可持续的方法制造出具有优异电化学性能的基于工厂的超级电容器。或许能在不久的将来,实现通过仅加入绿色可持续成分来使超级电容器100%环保。这对能源的发展和人类的发展都具有重要意义。

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